上海光源貯存環(huán)不銹鋼真空室
上海光源(SSRF)是一個能量315GeV、流強200mA～300mA、低發(fā)射度、高束流軌跡穩(wěn)固性的其三代同步輻射光源。它的主體是電子貯存環(huán)。真空室是貯存環(huán)的重要設(shè)施之一。多臺鈦升華泵、濺射離子泵和非蒸散型吸氣劑泵在抽除一大批光電解析氣載時達成113×10-7Pa的靜態(tài)真空,使電子束流壽數(shù)大于10h。一系列光子吸引器排列在真空室上,作為引出同步輻射光的準(zhǔn)直器,同聲吸引所有廢除的同步輻射光,防止它們間接輻射真空室內(nèi)壁,并把熱量轉(zhuǎn)移到真空露天。真空室形成了電子束流的鏡像直流電的通路,并要盡可能縮小束流虧耗,其電阻率和真空阻抗務(wù)求很低。定然量的熱負載將沉積在真空室上,其導(dǎo)熱性能要很好。真空室被多臺磁石包袱,真空室的導(dǎo)磁率使不得大于1102。貯存環(huán)上各零碎的設(shè)施使真空設(shè)施地位受到重大制約,雙真空室構(gòu)造是絕無僅有的取舍。和其它設(shè)施的配裝務(wù)求真空室在大氣負載下依然存在很高的尺寸精度。總長400m的該類構(gòu)造的不銹鋼薄壁真空室,其立體度和曲線度都在1mm以內(nèi),在海內(nèi)尚屬首次。1、真空室資料的取舍
鋁合金和不銹鋼都實用于其三代光源真空室,都失去了寬泛運用。尤其是鋁合金導(dǎo)熱性好,徹底無磁,使咱們在2000年取舍它研制了一個6m長的鋁真空室,徹底達成了設(shè)計指標(biāo),并失掉了批量加工所需的教訓(xùn)。然而,咱們在2005年作出了一個重大決議,放棄簡直實現(xiàn)了全副工事設(shè)計的鋁真空室,改用不銹鋼真空室。其說辭有二。
一是因為鋁合金強度差,只能用薄厚60mm的整塊鋁板銑削出截面簡單、各處厚薄不一的真空室。大概有一半資料在重型數(shù)控床上銑削掉,資料和加工費的糜費極大。而壁厚3mm的薄壁不銹鋼真空室的截面構(gòu)造本質(zhì)上是鋁真空室的一個內(nèi)核。裁剪不銹鋼真空室主身段態(tài)后殘余的邊角余料全副用來制作增強筋,資料利用率達成90%之上。2005年秋季進口鋁合金價錢飛漲,綜合思忖資料費和加工費,不銹鋼真空室的用度將是鋁真空室的60%,即能夠節(jié)儉約1000萬元經(jīng)費。
二是鋁真空室要破費較長的加工工夫,存在延誤SSRF總體方案的奇險。最終咱們兌現(xiàn)了按時實現(xiàn)真空室加工方案和節(jié)儉1000萬元的兩個指標(biāo)。SS316LN的高強度和鉚接后導(dǎo)磁率不升高的特點,使它變成真空室的首選資料。2、真空室的構(gòu)造設(shè)計
貯存環(huán)分為20個單元,每個單元有2個彎轉(zhuǎn)磁石(BM1、BM2)和多個四極磁石、六極磁石、校對磁石(QM、SM/CM)。一個單元內(nèi)的真空室總長約20m,分為7段,彼此用漣漪管軟聯(lián)接或CF法蘭硬聯(lián)接。6段被磁石包袱,稱為BM、QM真空室,1段在曲線節(jié)內(nèi)無磁石包袱,稱為SS真空室,如圖1所示。為了減小束流功率虧耗,參考SLS,采納典型的雙真空室構(gòu)造,用光束狹縫聯(lián)接束流室和抽氣室,截面形態(tài)示于圖2。QM和SS真空室形態(tài)相似,扣合對稱的高低成形片,鉚接周邊而成。BM真空室由對稱的高低呆滯和左右側(cè)板扣分解型,其束流室和抽氣室形態(tài)由生動在真空室內(nèi)壁上的無氧銅線形成,結(jié)冰水管嵌埋在銅條內(nèi),輸運廢除的同步輻射功率。BM和QM真空室的束流室內(nèi)高相反,但SS真空室的束流室內(nèi)高較小,各族相反截面尺寸的真空室間都要用扇形內(nèi)壁兌現(xiàn)平滑過渡。吸引器和真空泵裝置在抽氣室上。每個單元內(nèi)有7對束流地位監(jiān)測器(BPM),每對BPM裝置在一塊不銹鋼塊上,再嵌入QM真空室。
因為磁石占位,泵口離束流室較遠,使真空室的最大幅度達成380mm,3mm壁厚的真空室在大氣負載下的變形將較大。為此,真空室內(nèi)外都附加了增強筋,外部增強筋潛藏在吸引器的暗影區(qū)內(nèi),同聲不莫須有抽氣旋導(dǎo),外壁增強筋地位受限于磁石。用ANSYS程序繼續(xù)真空室變形和應(yīng)力劃算,重復(fù)優(yōu)化構(gòu)造設(shè)計。
用ANSYS程序?qū)φ婵帐依^續(xù)了熱綜合劃算,鉆研真空室的熱保險性。確認了5mA束流能夠間接沖鋒陷陣真空室內(nèi)壁;確認了300mA束流的同步輻射光間接輻射真空室內(nèi)壁,真空聯(lián)鎖掩護零碎在1s內(nèi)施行性能時,真空室的保險性。3、真空室的加工
真空室批量加工前務(wù)必克服五個技能和工藝難點。
一是如何保障QM真空室成形片的尺寸精度?
二是如何減小氬弧焊招致的變形?
三是如何升高焊縫導(dǎo)磁率?
四是如何保障外焊縫內(nèi)側(cè)死空間的真空骯臟?
五是把多少段真空室用CF法蘭硬聯(lián)接長進段時如何掌握長段的尺寸精度?
咱們花了約一年工夫,研制了多個真空室總機,閱歷了屢次挫敗,終究克服了該署難點。
多少經(jīng)嘗試后,用數(shù)控折彎打造QM室成形片之路走到了挫敗的止境。改用深沖模和6000噸油壓機壓抑成形片工藝,在3次批改深沖模和試壓后,成形片達成了尺寸精度。隨后的600多米成形片批量壓抑只用了2天工夫,充足預(yù)示了不銹鋼真空室批量加工進度遠快于鋁真空室的長處。
為了貫通焊縫并減小變形,海外同類真空室采納電子束焊。海內(nèi)找不到咱們所需的重型電子束鉚接爐,也有力注資此設(shè)施。只能采納氬弧焊,而且焊縫重要坐落外壁,為了保障密封性能、焊縫強度和較小變形,焊縫使不得貫通。特制的主動氬弧焊機,非凡的可360°翻轉(zhuǎn)的鉚接平臺、鉚接工裝和工藝,制約了鉚接內(nèi)中中資料的挪動,掌握住了鉚接變形。在分步鉚接內(nèi)中中,多少次用線切割和激光切割工藝肅清鉚接變形。
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